[发明专利]直接驱动风力涡轮机

说明书

技术领域

本发明属于水平轴风力涡轮机的技术领域，尤其是具有直接连接到转子叶片并且绕内部定子转动的转子的直接驱动风力涡轮机。

背景技术

在现有技术中风力涡轮机是很常见的，并因在全球范围内用于生产电力正变的越来越重要。最常见的风力涡轮机包括水平轴风力涡轮机，其中支撑多个涡轮机叶片的转子轮毂通过水平驱动轴和齿轮箱附着到电机内部转子上。轮毂以可旋转的方式安装到塔顶部的机舱上。机舱容纳齿轮箱、电机和其它功能元件。齿轮箱除了相当昂贵外，还是一个需要经常维修和大量空间的元件，因此，机舱的尺寸应该足够大以容纳齿轮箱。

“直接驱动”风力涡轮机已经被开放出来以解决这个问题。直接驱动风力涡轮机包括外部转子和内部定子、连接到外部转子上的水平轴以便外部转子绕内部定子转动。它还包括安装在塔的顶部的机舱，其容纳用于支撑水平轴的轴载体机构。叶根通常通过中空的轮毂连接到外部转子上。轮毂的尺寸被设计成使得能够接近一些螺栓，通过这些螺栓叶根被直接固定在轮毂上或者如果适用的话，同样地固定到桨距角调节机构上以调节叶片攻角。轮毂是附加元件，其应该连接到外部转子上。上述情况需要一个相当大的机组并且使得需要额外的连接元件，这些额外的连接元件应该被安装和维护。这类直接驱动风力涡轮机被机制在例如文献WO 01/21956-A1中。

文献EP-084748-A1、EP1394406A2、EP-1783363-A1以及文件DE-4415570-A1也记载了直接驱动风力涡轮机，其没有轮毂，叶片直接结合到支撑结构上，该支撑结构等距地安装在外部转子的主体的外部圆周部分上。这类风力涡轮机的内在问题涉及用来将叶片或者如果适用的话，将桨距机构元件固定到叶片支撑结构的螺栓，因为它们不能进行检查、维护或修理和/或更换作业。因此，当这些作业必要时，整个机舱转子必须被卸下并且被降到地面上。

发明内容

本发明旨在通过提供一种直接驱动风力涡轮机来克服现有技术中的上述缺陷，所述直接驱动风力涡轮机包括：发电机，发电机包括具有外部环形主体的外部转子和内部内部定子；水平轴，外部转子连接到水平轴以便外部转子绕内部定子转动；机舱，其安装在塔的顶部用于容纳轴载体机构以支撑水平轴；多个叶片载体结构，其均匀地布置在外部转子主体的外部圆周部分上，并且每个叶片载体结构可拆卸地连接到一涡轮机叶片的叶根；其中：

每个叶根通过中空的根延长器连接到转子主体上的叶片载体结构；

叶根延长器包括通过近端螺栓连接到叶片载体结构的近端部分，和连接到叶根的远端部分，由圆周壁包围的内腔，圆周壁上的用于进入内腔的侧面检修孔以及用来关闭检修孔的门。

这里所使用的术语“近端”和“远端”是表示“靠近外部转子”和“远离外部转子”。

安装在叶根与外部环形主体之间的延长器和侧面检修孔使得能够接近近端和远端螺栓，用于在风力涡轮机内进行检查、维护、修理、紧固和/或替换作业，所述风力涡轮机没有装备额外的轮毂，而是叶片连接到外部转子的同一外部环形主体上。这些作业可以在叶根延长器的内腔内执行，内腔为从事这些作业的工人提供额外的安全。

直接驱动风力涡轮机可以是个传统的类型，其中发电机转子包括多个附着到其外部环形主体内部的永磁体和包括感应线圈的内部定子，虽然它也可以是通过超导体电励磁的类型。

根据本发明的实施例，根延长器的远端部分牢固地连接到叶根上，例如通过延伸穿过根延长器内的凸缘并进入叶根的圆周壁内的远端轴向螺栓。

根据这一实施例，每个叶片载体结构可以包括用于旋转叶片的桨距系统，其包括可旋转的环元件和至少一个传动齿轮，可旋转的环元件安装在根延长器的近端部分上，传动齿轮由电动齿轮马达驱动并且与环元件的环形齿状部分啮合，以便根延长器以及叶片与可旋转的环元件一起转动。可旋转的环元件绕叶片支撑结构的中心部分转动。

齿状部分可以是布置在根延长器的近端部分下面的可旋转的环元件的外部圆周边缘的组成部分，并且可以由在根延长器外面附着到外部转子主体上的电动齿轮马达驱动。

或者，当电动齿轮马达以固定的方式安装在根支撑结构的中心部分时，齿状部分可以是可旋转的环元件的内部环形齿状边缘部分的组成部分。根延长器的近端部分包围该齿状边缘部分、传动齿轮和电动齿轮马达并且当传动齿轮和电动齿轮马达在叶片支撑结构上旋转时与可旋转的环元件一起转动。在这种情况下，电动齿轮马达可以以固定的方式通过马达支撑件安装到叶片载体结构的中心部分上，以便电动齿轮马达布置在根延长器的内腔内，或者至少部分地安装在叶片支撑结构的该中心部分上的间隙内。